小議無線電定位技術(shù)的進展

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在衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)中，用戶接收機測得的接收機與衛(wèi)星間距離P與兩者幾何距離有以下關(guān)系（考慮到鐘誤差及電離層、對流層影響）：P+cVtR-cVtS+Vion+Vtrop=((X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2)1/2[1](1)式中，c=299792458m/s，為電磁波傳播速度，VtR、VtS分別為接收機、衛(wèi)星鐘誤差，Vion、Vtrop分別為電離層、對流層對P的影響。(X,Y,Z)為待求接收機坐標，(XS,YS,ZS)為根據(jù)星歷得到的衛(wèi)星坐標，式子右側(cè)為接收機與衛(wèi)星間幾何距離。其中，用戶接收機通過偽距測量或載波相位測量得到P；地面監(jiān)控系統(tǒng)對GNSS衛(wèi)星進行觀測，通過分析、計算觀測資料預(yù)報衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘改正數(shù)VtS[1]，從而可以得到任意時刻衛(wèi)星在地面參考框架中的坐標(XS,YS,ZS)；另外，使用模型擬合或觀測值組合對Vion、Vtrop等各種誤差進行估計。從而對4顆衛(wèi)星進行觀測即可計算出接收機坐標(X,Y,Z)和接收機鐘誤差VtR。

基于移動通信網(wǎng)的定位

按照原理，基于移動通信網(wǎng)的定位有到達角(AOA)定位、到達時間(AOT)定位、到達時間差(TDOA)定位、增強觀測時間差(E-TOD)定位四種方式[2]。根據(jù)請求方式，有以下兩種方式：用戶通過其接收到的多個位置確定的移動基站發(fā)出的與基站位置相關(guān)的信號，確定其與各基站之間的幾何位置關(guān)系，再自主計算出移動臺的估計位置，比如基于GPS的混合定位技術(shù)GPSone；或者多個位置已知的基站同時檢測移動用戶發(fā)射的信號，將各接收信號攜帶的與移動用戶位置有關(guān)的特征信息提交移動定位中心進行處理，計算出移動臺位置，比如基于CELL-ID的定位技術(shù)。目前應(yīng)用較多的是A-GPS技術(shù)，即Assisted-GPS。GPS參考網(wǎng)接收并解調(diào)GPS衛(wèi)星信號，然后根據(jù)終端所處的大致位置計算相應(yīng)的GPS輔助參數(shù)，這些輔助參數(shù)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給用戶終端，用戶終端利用GPS輔助參數(shù)能夠加快對GPS衛(wèi)星信號的捕獲速度并降低了對GPS衛(wèi)星信號強度的要求，然后終端利用GPS輔助參數(shù)完成對GPS衛(wèi)星信號的偽距測量。利用基站的確切位置和偽距測量結(jié)果計算出最終的位置信息，其精度可以達到10m左右。A-GPS定位有著更快的定位速度以及更高的靈敏度，大大提升GPS的定位性能和使用范圍。GPSone是美國高通公司為LBS開發(fā)的定位技術(shù)，它將無線輔助A-GPS和高級前向鏈路AFLT三角定位法兩種定位技術(shù)有機結(jié)合。在很多情況下，移動用戶不能夠捕獲足夠多的GPS衛(wèi)星，這時候，可以利用移動用戶周邊的基站的信號補充衛(wèi)星的不足（A-GPS技術(shù)）。這樣在降低一定精度的條件下，提高可用性，實現(xiàn)室內(nèi)定位，確保定位成功率。

基于無線局域網(wǎng)（WLAN）的定位

隨著近幾年無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，目前，無線局域網(wǎng)(WLAN)廣泛分布于機場、校園、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)、餐飲娛樂場所和住宅小區(qū)等各種場景。其中，基于接收信號強度的定位能充分利用現(xiàn)有覆蓋廣泛的無線局域網(wǎng)設(shè)施，便捷高效地將高質(zhì)量定位的應(yīng)用范圍延伸到密集城區(qū)和室內(nèi)，降低了部署成本。在基于信號強度的無線局域網(wǎng)定位中，在待定位空間中設(shè)置一定數(shù)量的AP(AccessPoint)，然后在選定的參考點上采集各個AP的無線信號強度。通過已知AP樣本點的位置信息和測得的各點上的無線信號強度對整個空間信號強度和位置信息的對應(yīng)情況進行建模，然后在該模型中通過采集到的無線信號強度計算出位置信息。

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的定位

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(WirelessSensorNetwork)是一種由傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點附近對象的各種信息(如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等參數(shù))。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的定位技術(shù)可以分為兩種，一種是基于超聲波、紅外線等的測距定位技術(shù)，一種是基于DVHop定位算法的非測距定位技術(shù)。基于測距的WSN定位要求視距環(huán)境，對環(huán)境依賴過大，人員的走動和物品擺放位置變化都會給定位精度帶來很大的影響，不適用于復(fù)雜多變的室內(nèi)環(huán)境?；诜菧y距的DVHop定位算法不需要測距，算法實現(xiàn)簡單，相對于基于測距的WSN定位，精度大大提高，是當前的研究熱點之一。

基于射頻識別(RFID)技術(shù)的定位

射頻識別RFID系統(tǒng)可以利用標簽對物體進行唯一標識，一套完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標簽(TAG，也稱應(yīng)答器)和軟件系統(tǒng)組成。依據(jù)閱讀器與安裝在物體上的電子標簽之間的射頻信號強度(RSS)、信號到達時間差(TDOA)或者信號到達時間延遲(TOA)來估計標簽與閱讀器之間的距離?；谏漕l識別(RFID)技術(shù)的定位中，安裝在室內(nèi)固定的位置上(如安裝在超市的天花板或者走廊墻壁上)的閱讀器位置已知，分布在室內(nèi)空間的這些閱讀器組成定位網(wǎng)絡(luò)，組成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的閱讀器可主動讀取移動目標(電子標簽)的信息和信號強度，從而確定移動目標的位置信息，或者移動目標主動將其電子標簽靠近傳感器獲得傳感器的位置信息，從而確定自己的位置信息。

LBS產(chǎn)品/服務(wù)中定位技術(shù)的發(fā)展方向

1多種衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)協(xié)同

近年來，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸從測繪、國土、地震、氣象等專業(yè)領(lǐng)域向公共交通管理、物流等領(lǐng)域以及汽車導航、智能手機、財產(chǎn)安全等大眾領(lǐng)域滲透。伴隨著俄羅斯GLONASS的現(xiàn)代化，歐洲Galileo系統(tǒng)、中國Compass系統(tǒng)正加速組網(wǎng)，未來將會是四大全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)同時向公眾提供服務(wù)。此外，QZSS、IRNSS等區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)以及WAAS、EGNOS、MSAS等增強系統(tǒng)也逐漸完善。因此，單純利用某一個定位系統(tǒng)進行定位已不能滿足用戶對定位穩(wěn)定性、完好性、精度等方面的要求，綜合利用多個系統(tǒng)（全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)、區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、星基增強系統(tǒng)，以及各種網(wǎng)絡(luò)輔助定位服務(wù)等），進行多頻點、高靈敏、抗干擾的穩(wěn)定組合定位是今后衛(wèi)星導航定位的方向。

2多種無線電定位方式融合

利用GNSS在戶外空曠地區(qū)進行定位時，當觀測條件較好時可獲得米級甚至更高的定位精度，能夠滿足一般LBS應(yīng)用的定位精度要求。然而，LBS產(chǎn)品/服務(wù)絕大多數(shù)是基于智能手機等大眾化的終端設(shè)備，而人們70%以上的活動時間是在室內(nèi)，所以LBS產(chǎn)品/服務(wù)中最關(guān)鍵的是實現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位。在室內(nèi)、街區(qū)等區(qū)域，GNSS信號嚴重衰減，加上建筑物結(jié)構(gòu)、玻璃墻等引起的嚴重的多路徑效應(yīng)，定位結(jié)果十分不理想[3]。因此，要擺脫定位精度對LBS發(fā)展的制約，室內(nèi)外無縫定位技術(shù)成為大勢所趨。目前，室內(nèi)外無縫定位技術(shù)主要靠在GNSS的基礎(chǔ)上，融合上文提到的基于移動通信網(wǎng)的定位、基于無線局域網(wǎng)的定位、基于無線傳感器網(wǎng)的定位并在藍牙、射頻識別等技術(shù)的輔助下提高復(fù)雜環(huán)境定位精度和可靠性。（本文作者：周鵬、劉暉、韓麗華、肖雄兵 單位：中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會、武漢大學衛(wèi)星導航定位技術(shù)研究中心）